基于GIS与遥感的藉河示范区水土保持效益评价研究

论文摘要

黄土高原是世界上土壤侵蚀最严重的地区之一,我国对黄土高原投入大量的人力、物力和财力进行水土保持治理和研究工作,取得了显著成效。目前,如何用统一的标准来评价和分析区域水土保持效益成为决策者和研究者共同关注的问题。本文在GIS与RS技术支持下,分析了“黄河水土保持生态工程——甘肃省天水市藉河示范区项目”实施以来该区水土保持效益各影响因子的变化规律,并结合生态系统服务功能价值化方法展开评价。主要有以下成果:(1)建立了区域水土保持效益评价指标体系:基于效益评价指标选取原则,以“国标”为基础,结合水土保持效益多年研究成果,立足黄土高原,初步提出一套切实可行的效益评价指标体系。(2)建立藉河示范区水土保持效益评价因子数据库:以野外调查数据、遥感数据、已有地图数据、文字材料为数据源,基于GIS,探讨、分析藉河示范区的降水、植被、地形、土壤、土地利用和水土保持措施等效益影响因子的时空变化特征,并建立藉河示范区的水土保持效益评价因子数据库。(3)基于GIS分析评价藉河示范区土壤侵蚀动态分析:基于GIS,分别采用水利部土壤侵蚀标准、中国土壤流失方程(CSLE)和区域水土流失模型(RESEM)对藉河示范区土壤侵蚀动态变化进行了评价分析。基于水利部土壤侵蚀标准的定性分析表明,藉河示范区的土壤侵蚀以中度为主。1997年的土壤侵蚀比较严重,经过治理,2005年侵蚀减弱,强度、极强度和剧烈分别减少10%、4.5%和1%。基于中国土壤流失方程(CSLE)和区域水土流失模型的评价均表明,藉河示范区土壤侵蚀主要集中在微度和轻度;虽然2005年的降雨侵蚀力比较大,且降雨是侵蚀土壤侵蚀的主要因子之一,但是由于藉河示范区治理措施到位,即水土保持措施(工程措施、林草措施和耕作措施)发挥了巨大作用,与1997年相比各侵蚀强度面积比例变化不大。由于区域水土流失本模型目前还没有考虑工程措施对侵蚀的影响,而2005年降雨量明显大于1997年,所以轻度侵蚀模拟结果是显著增长。(4)探索了NDVI的尺度变换方法:利用直方图匹配法,以高时间分辨率的SVGNDVI数据为参照,对高空间分辨率的ETM NDVI数据进行变换,获得逐月30m分辨率的NDVI影像。且该方法操作简单,对于水土保持监测工作者而言便于推广。(5)完成了水土保持生态服务功能计算:结合生态系统服务价值化方法,探讨了区域水土保持效益的计算方法,分别计算了藉河示范区治理前后的生态服务价值,编制了藉河示范区生态服务价值图,并分析了治理末期(2005年)在治理初期(1997年)措施条件和实际治理末期(2005年)措施条件下的生态服务价值变化。可知水土保持实施后增加了区域的物质生产、碳的固定、氧气的释放、水土资源的保持,同时增加了流域水圈、大气圈、生物圈和土圈的服务功能,改善了流域环境,增加了流域的生态服务价值。。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的依据和意义
• 1.1.1 水土流失及其危害
• 1.1.2 水土保持及其效益
• 1.1.3 水土保持效益评价以及意义
• 1.2 研究目标与内容
• 1.3 难点与解决方案
• 1.4 技术路线
• 第二章 国内外研究进展
• 2.1 效益评价指标体系研究
• 2.1.1 国内效益评价指标
• 2.1.2 国外的水土保持效益评价指标体系
• 2.1.3 藉河示范区水土保持效益评价指标体系
• 2.2 效益计算方法研究
• 2.2.1 调水保土效益计算
• 2.2.2 经济效益计算
• 2.2.3 社会效益计算
• 2.2.4 生态效益计算
• 2.3 效益评价方法研究
• 2.3.1 生态与环境效益评价
• 2.3.2 社会经济指标对比分析
• 2.3.3 综合指标计算与分析
• 2.4 水土保持效益的尺度研究进展
• 2.4.1 流域的空间尺度研究
• 2.4.2 水保效益评价中时间尺度转换研究
• 2.4.3 3S 的应用
• 2.5 进展与不足
• 第三章 研究区与数据基础介绍
• 3.1 研究区概况
• 3.2 数据基础介绍
• 3.3 研究方法介绍
• 3.3.1 调水保土效益的评价方法
• 3.3.2 其他效益的评价方法
• 第四章 藉河示范区水土保持效益影响因子时空变化
• 4.1 降雨因子
• 4.1.1 降雨量分析
• 4.1.2 降雨侵蚀力研究
• 4.2 植被因素
• 4.2.1 NDVI 时间尺度转换
• 4.2.2 叶面积指数 LAI
• 4.2.3 植被盖度
• 4.3 地形因素
• 4.4 土壤因素
• 4.5 人为（土地利用、水土保持措施）因素
• 4.5.1 土地利用
• 4.5.2 植被覆盖与管理因子（B）
• 4.5.3 工程措施因子（E）
• 4.5.4 耕作措施因子（T）
• 第五章 调水保土效益的估算分析
• 5.1 研究方法介绍
• 5.1.1 水利部土壤侵蚀评价标准
• 5.1.2 中国土壤流失方程（CSLE）
• 5.1.3 区域水土流失模型概况
• 5.2 保土调水量计算结果分析
• 5.2.1 基于水利部土壤侵蚀标准的保土分析
• 5.2.2 基于中国土壤流失方程的保土量估算
• 5.2.3 基于区域水土流失模型的保土调水量估算
• 5.3 评价结果合理性分析
• 5.3.1 基于中国土壤流失方程（CSLE）的合理性分析
• 5.3.2 基于区域土壤侵蚀模型（RESEM）的合理性分析
• 第六章 区域水土保持效益评价研究
• 6.1 基于CSLE 的保土价值评价方法
• 6.1.1 保持土壤量评价
• 6.1.2 保持土壤价值评价方法
• 6.1.3 保土效益评价
• 6.2 调水价值评价方法
• 6.3 水土保持措施的附加价值
• 6.3.1 物质生产价值评价方法
• 6.3.2 固碳释氧价值评价方法
• 6.3.3 净化大气价值评价方法
• 6.4 水土保持效益分析
• 第七章 主要结论
• 7.1 本研究主要结果
• 7.1.1 水土保持效益评价指标体系及影响因子数据库的建立
• 7.1.2 藉河示范区 NDVI 时间尺度变化结果分析
• 7.1.3 藉河示范区土壤侵蚀动态分析
• 7.1.4 水土保持效益评价的方法探讨及应用
• 7.2 需进一步解决的问题
• 参考文献
• 作者简介